Java并發(fā)之Condition的實現(xiàn)分析

一、Condition的概念

介紹

回憶 synchronized 關(guān)鍵字,它配合 Object 的 wait()、notify() 系列方法可以實現(xiàn)等待/通知模式刽虹。

對于 Lock,通過 Condition 也可以實現(xiàn)等待/通知模式呢诬。

Condition 是一個接口涌哲。

Condition 接口的實現(xiàn)類是 Lock(AQS)中的 ConditionObject。

Lock 接口中有個 newCondition() 方法尚镰,通過這個方法可以獲得 Condition 對象(其實就是 ConditionObject)阀圾。

因此,通過 Lock 對象可以獲得 Condition 對象钓猬。

Locklock=newReentrantLock();Condition c1 = lock.newCondition();Condition c2 = lock.newCondition();

二稍刀、Condition的實現(xiàn)分析

實現(xiàn)

ConditionObject 類是 AQS 的內(nèi)部類,實現(xiàn)了 Condition 接口敞曹。

publicclassConditionObjectimplementsCondition,java.io.Serializable{privatetransientNode firstWaiter;privatetransientNode lastWaiter;? ? ? ? ...

可以看到账月,等待隊列和同步隊列一樣,使用的都是同步器 AQS 中的節(jié)點(diǎn)類 Node澳迫。

同樣擁有首節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)局齿,

每個 Condition 對象都包含著一個 FIFO 隊列。

結(jié)構(gòu)圖:

等待

調(diào)用 Condition 的 await() 方法會使線程進(jìn)入等待隊列橄登,并釋放鎖抓歼,線程狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)。

publicfinalvoidawait()throwsInterruptedException{if(Thread.interrupted())thrownewInterruptedException();? ? Node node = addConditionWaiter();//釋放同步狀態(tài)(鎖)intsavedState = fullyRelease(node);intinterruptMode =0;//判斷節(jié)點(diǎn)是否放入同步對列while(!isOnSyncQueue(node)) {//阻塞LockSupport.park(this);//如果已經(jīng)中斷了拢锹,則退出if((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) !=0)break;? ? }if(acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)? ? ? ? interruptMode = REINTERRUPT;if(node.nextWaiter !=null)// clean up if cancelledunlinkCancelledWaiters();if(interruptMode !=0)? ? ? ? ? ? ? ? reportInterruptAfterWait(interruptMode);}

分析上述方法的大概過程:

將當(dāng)前線程創(chuàng)建為節(jié)點(diǎn)谣妻,加入等待隊列;

釋放鎖卒稳,喚醒同步隊列中的后繼節(jié)點(diǎn)蹋半;

while循環(huán)判斷節(jié)點(diǎn)是否放入同步隊列:

沒有放入,則阻塞充坑,繼續(xù) while 循環(huán)(如果已經(jīng)中斷了减江,則退出)

放入染突,則退出 while 循環(huán),執(zhí)行后面的判斷

退出 while 說明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)在同步隊列中辈灼,調(diào)用 acquireQueued() 方法加入同步狀態(tài)競爭份企。

競爭到鎖后從 await() 方法返回,即退出該方法巡莹。

addConditionWaiter() 方法:

privateNodeaddConditionWaiter(){? ? Node t = lastWaiter;if(t !=null&& t.waitStatus != Node.CONDITION) {//清除條件隊列中所有狀態(tài)不為Condition的節(jié)點(diǎn)unlinkCancelledWaiters();? ? ? ? t = lastWaiter;? ? }//將該線程創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)司志,放入等待隊列Node node =newNode(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);if(t ==null)? ? ? ? firstWaiter = node;elset.nextWaiter = node;? ? lastWaiter = node;returnnode;}

過程分析:同步隊列的首節(jié)點(diǎn)移動到等待隊列。加入尾節(jié)點(diǎn)之前會清除所有狀態(tài)不為 Condition 的節(jié)點(diǎn)降宅。

通知

調(diào)用 Condition 的 signal() 方法俐芯,可以喚醒等待隊列的首節(jié)點(diǎn)(等待時間最長),喚醒之前會將該節(jié)點(diǎn)移動到同步隊列中钉鸯。

publicfinalvoidsignal(){//判斷是否獲取了鎖if(!isHeldExclusively())thrownewIllegalMonitorStateException();? ? Node first = firstWaiter;if(first !=null)? ? ? ? doSignal(first);}

過程:

先判斷當(dāng)前線程是否獲取了鎖;

然后對首節(jié)點(diǎn)調(diào)用 doSignal() 方法邮辽。

privatevoiddoSignal(Node first){do{if( (firstWaiter = first.nextWaiter) ==null)? ? ? ? ? ? lastWaiter =null;? ? ? ? first.nextWaiter =null;? ? }while(!transferForSignal(first) &&? ? ? (first = firstWaiter) !=null);}

過程:

修改首節(jié)點(diǎn)唠雕;

調(diào)用 transferForSignal() 方法將節(jié)點(diǎn)移動到同步隊列。

finalbooleantransferForSignal(Node node){//將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變?yōu)?? if(!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION,0))returnfalse;//將該節(jié)點(diǎn)加入同步隊列Node p = enq(node);intws = p.waitStatus;//如果結(jié)點(diǎn)p的狀態(tài)為cancel 或者修改waitStatus失敗吨述,則直接喚醒if(ws >0|| !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))? ? ? ? LockSupport.unpark(node.thread);returntrue;}

調(diào)用同步器的 enq 方法岩睁,將節(jié)點(diǎn)移動到同步隊列,

滿足條件后使用 LockSupport 喚醒該線程揣云。

當(dāng) Condition 調(diào)用 signalAll() 方法:

publicfinalvoidsignalAll() {if(!isHeldExclusively())thrownewIllegalMonitorStateException();? ? Node first = firstWaiter;if(first !=null)? ? ? ? doSignalAll(first);}privatevoiddoSignalAll(Node first) {? ? lastWaiter = firstWaiter =null;do{? ? ? ? Nodenext= first.nextWaiter;? ? ? ? first.nextWaiter =null;? ? ? ? transferForSignal(first);? ? ? ? first =next;? ? }while(first !=null);}

可以看到 doSignalAll() 方法使用了 do-while 循環(huán)來喚醒每一個等待隊列中的節(jié)點(diǎn)捕儒,直到 first 為 null 時,停止循環(huán)邓夕。

一句話總結(jié) signalAll() 的作用:將等待隊列中的全部節(jié)點(diǎn)移動到同步隊列中刘莹,并喚醒每個節(jié)點(diǎn)的線程。

總結(jié)

整個過程可以分為三步:

第一步:一個線程獲取鎖后焚刚,通過調(diào)用 Condition 的 await() 方法点弯,會將當(dāng)前線程先加入到等待隊列中,并釋放鎖矿咕。然后就在 await() 中的一個 while 循環(huán)中判斷節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)在同步隊列抢肛,是則嘗試獲取鎖,否則一直阻塞碳柱。

第二步:當(dāng)線程調(diào)用 signal() 方法后捡絮,程序首先檢查當(dāng)前線程是否獲取了鎖,然后通過 doSignal(Node first) 方法將節(jié)點(diǎn)移動到同步隊列莲镣,并喚醒節(jié)點(diǎn)中的線程福稳。

第三步:被喚醒的線程,將從 await() 中的 while 循環(huán)中退出來剥悟,然后調(diào)用 acquireQueued() 方法競爭同步狀態(tài)灵寺。競爭成功則退出 await() 方法曼库,繼續(xù)執(zhí)行。

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